DE8136099U1 - "kupplung zur reibschluessigen drehverbindung von maschinenteilen, wie z.b. nabe und welle" - Google Patents

Description

Francois Durand

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur reibschlüssigen Drehverbindung von Maschinenteilen, wie z.B. einer Nabe und einer Welle, mit mindestens einem eine Außenkonusflache aufweisenden, zur koaxial umgreifenden Aufnahme des zugeordneten Maschinenteils bestimmten Druckring, dessen Außenkonusflache von einer Innenkonusflache eines Außenringes satt überlagert ist, welcher mit einer Zylindermantel-Innenfläche einer Ringschulter einen Ringkolben und einen über eine Zuleitung mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbaren ringförmigen Druckraum umschließt, welcher am Ringkolben axial hydraulisch abstützbar scwie gegen die ansteigende Außenkonusfläche des Druckringes axial verschiebbar ist.

Die vorbeschriebene bekannte Kupplung (US-PS 38 65 497, Fig. 4) verbindet zwei Wellenstümpfe fluchtend miteinander. Hierbei übergreift ein die Außenkonusfläche aufweisender Druckring die beiden Wellenstümpfe und trägt einenends auf einem Außengewinde einen nach Art einer Überwurfmutter raumfest gehaltenen Ringkolben. Der Ringkolben ist von einer Zylindermantel-Innenfläche einer Ringschulter umgriffen, die Bestandteil eines Außenringes bildet, dessen Innenkonusflache die Außenkonusfläche des Druckringes satt überlagert. Ringkolben, Druckring und Außenring bilden hierbei einen kreisringförmigen Druckraum etwa quadratischen Querschnitts, der über ein Entlüftungsventil zur Atmosphäre geöffnet werden kann. Im axialen Abstand vom ringförmigen Druckraum ist im Bereich der satt aneinanderliegenden Konusflächen eine mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbare radiale Zuleitungsbohrung vorgesehen, welche in einer in der Innenkonusflache des Außenringes vorgesehenen Ringnut mündet.

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Die bekannte starre Kupplung (US-PS 38 65 497, Fig. 4) funktioniert wie folgt:

Die Zuleitung wird mit Hydraulikflüssigkeit druckbeaufschlagt, welche zugleich den Spalt zwischen beiden Konusflächen schmiert und durch diesen konischen Ringspalt in den ringförmigen Druckraum hineingelangt, dessen Entlüftungsventil geschlossen ist. Der Zuleitungsdrucks bewirkt im ringförmigen Druckraum einen Druckaufbau, der eine Axialverschiebung des Außenringes gegen die ansteigende Außenkonusfläche des Druckringes zur Folge hat. Sobald der Zuleitungsdruck entfällt, ist die axial verspannte Lage zwischen dem Druckring und dem Außenring durch Selbsthemmung gesichert. Durch Verengung des Druckring-Innendurchmessers wird hierbei eine reibschlüssige Verbindung zwischen den beiden Wellenstümpfen hergestellt.

Zur Demontage der bekannten Anordnung wird wiederum Hydraulikflüssigkeit in den Bereich zwischen den beiden Konusflächen eingepreßt, jedoch das Entlüftungsventil geöffnet, so daß sich im ringförmigen Druckraum kein Druck aufbauen kann. Es soll sich vielmehr ein Druck zwischen den beiden Konusflächen aufbauen, der gewissermaßen nach dem Gesetz der

schiefen Ebene den Außenring aus seiner verspannten Lage mit

dem Druckring in Richtung auf den Ringkolben verschieben, d.h.

entspannen soll.

Die bekannte starre Kupplung (US-PS 38 65 497, Fig. 4) wird aus mehreren Gründen als nachteilig empfunden:

Da die bekannte Kupplung nach dem Prinzip des doppeltwirkenden hydraulischen Zylinders arbeitet, ist deren Bauweise von Haus aus recht aufwendig. Außerdem ist es nicht ohne weiteres oder aber nur schwer möglich, im Bedarfsfalle beide Wellenstümpfe mit einer betragsmäßig etwa gleichen Ring-

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spannung zu beaufschlagen, da der Druckring im Bereich des einen Wellenstumpfes dünn und im Bereich des anderen V/ellenstumpfes relativ dick ist. Schließlich ist die Demontierbarkeit von Druck- und Außenring, deren Konusflächen im verspannten Zustand mit Selbsthemmung aufeinanderliegen, nach längerer Standzeit der Anordnung, bei welcher ein Fressen an den Kupplungsflächen nie auszuschließen ist, äußerst nachteilig. Der zur Demontage zwischen den Konusflächen aufzubringende Flüssigkeitsdruck vermag es regelmäßig nicht, den Außenring aus seiner verspannten Lage abzuheben und vom Druckring wegzudrücken. Vielmehr ist man nahezu immer darauf angewiesen, zusätzliche Demontagehilfsmittel, z.B. in Form von hydraulischen Abziehern, zu benutzen. Überhaupt ist bei der vorbekannten Kupplung eine Demontierbarkeit nur dann gegeben, wenn beide Konusflächen verhältnismäßig präzise bearbeitet sind, was nur durch aufwendiges Schleifen möglich ist.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Kupplung dieser Gattung (US-PS 38 65 497, Fig. 4), liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wellenkupplung zu schaffen, welche bei einfacher Bauweise eine zuverlässige - insbesondere symmetrische - Verspannung und zugleich eine unproblematische Demontierbarkeit gestattet. Entsprechend der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst worden, daß mit dem Druckring ein mit diesem koaxialer, jedoch eine entgegengesetzt ansteigende Außenkonusflache aufweisender, zusätzlicher Druckring axial fest verbunden ist, auf dessen Außenkonusfläche ein den Kolben bildender zusätzlicher Außenring axial verschiebbar mit seiner Innenkonusflache satt anliegt, daß beide Druckringe im Bereich ihrer kleinen Konusdurchmesser aneinanderstoßen, daß die Zuleitung für die Hydraulikflüssigkeit unmittelbar im Druckraum mündet, daß der Neigungswinkel jeder Konusfläche geringfügig größer ist als der Reibungswinkel zwischen den jeweils aneinanderllegenden Konusflächen,

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daß die axial verspannte Lage der Außenringe mittels einer von einem Außenring gehaltenen, axial verstellbaren Anschlagverschraubung sicherbar ist, wobei zur Drehverbindung zweier miteinander fluchtender Wellenstümpfe eine im wesentlichen zylindrische Kupplungshülse vorgesehen ist, welche auf jedem ihrer beiden Teilbereiche je zwei Druckringe und die auf diesen verspannbaren korrespondierenden Gegenringen trägt.

Durch die - auf den jeweiligen Teilbereich der Kupplungs- § hülse bezogene - erfindungsgemäße paarweise Anordnung, bei | welcher beide Außenringe relativ zu den beiden axial fest s miteinander verbundenen Druckringen axial verschiebbar und damit verspannbar sind, ist stets ein gleichmäßiger, symmetrischer Spannungsaufbau über den jeweils beaufschlagten gesamten Teilbereich der Kupplungshülse erzielbar. Zugleich gestattet es die Erfindung, daß ein Teilbereich der Kupplungshülse stärker verspannt wird als der andere Teilbereich. Auf < diese Weise entsteht gewissermaßen eine Sollschlupfstelle beim schwächer verspannten Teilbereich.

Ein besonders einfacher Aufbau ist dann gegeben, wenn in besonderer Ausgestaltung der Erfindung beide Druckringe im Bereich ihrer kleinen Konusdurchmesser aneinanderstoßen. Bei einer solchen Ausführungsform gestattet der zwischen den beiden Außenringen axial begrenzte Druckraum eine hydraulische Verspreizung der beiden Außenringe, indem sich diese mit ihren Innenkonusflachen gegen die korrespondierenden ansteigenden Außenkonusflachen der Druckringe verschieben.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplung mündet die Zuleitung für die Hydraulikflüssigkeit ohne Zwischenschaltung eines Spaltweges zwischen zwei Konusflächen (s. im Vergleich hierzu US-PS 38 65 497, Fig. 4) unmittelbar im Druckraum. Diese unmittelbare hydraulische Druckbeaufschlagung nach Art eines

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lediglich einfach wirkenden hydraulischen Zylinders ist deswegen möglich, weil die Neigungswinkel der aneinanderliegenden Konusflächen entsprechend der Erfindung außerhalb der Selbsthemmung liegen. Wenn demnach der hydraulische Druck nachläßt, bewirkt die jeweils zwischen Außenring und zugehörigem Innenring aufgebaute Spannung sofort und ohne jegliche Hilfsmittel - selbst bei aneinandergefressenen Konusflächen eine Axialverschiebung in Demontagerichtung. Wenn hingegen die Verspannung hydraulisch aufgebaut worden ist und aufrechterhalten werden soll, genügt es, auf einfache Weise mittels eines axial verstellbaren Anschlages, insbesondere mittels einer Anschlagverschraubung, die Verspannungslage zu sichern. Sobald nach Sicherung der verspannten Lage durch - insbesondere durch die Anschlagverschraubung - der Druckraum druck- \

entlastet wird, ist die erfindungsgemäße Kupplung vom hydraulischen Druck völlig unabhängig: Die verspannte Lage wird nämlich unter Ausschaltung jeglicher Selbsthemmungswirkung zwischen den kooperierenden Konusflächen allein von der Anschlagverschraubung bzw. von mit diesen äqivalenten Mitteln übernommen.

Da die korrespondierenden Konusflächen ohne jegliche Selbsthemmung aneinanderliegen, d.h. üblicher V/eise einen halben Konusspitzen-Winkel von mehr als 8 aufweisen, ist die Oberflächenbearbeitung der Konusflächen weniger kritisch als bei solchen Konusflächen, die im Selbsthemmungsbereich angesiedelt sind und deshalb eine aufwendige geschliffene Oberfläche aufweisen müssen. Im Gegensatz hierzu brauchen die Konusflächen entsprechend der Erfindung nur auf einer Drehmaschine bearbeitet zu werden. Im übrigen gestatten die relativ großen Konusspitzenwinkel kurze Verspannwege und damit eine vorteilhafte in axialer Richtung gedrungene, materialsparende und leichte Bauweise.

Insbesondere wirken die Erfindungsmerkmale funktionseinheitlich zur Lösung der weiter oben formulierten Aufgabe im Rahmen einer besonderen Kombination zusammen.

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Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den Zeichnungen im Zusammenhang mit der Zeichnungsbeschreibung.

In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher dargestellt, es zeigen:

Fig. 1 einen halben Axialschni It u ■··; -'ine Wellenkupplung mit zwei Wellenstümpfen entsprechend einer ersten Ausführungsform, und

Fig. 2 eine Wellenkupplung entsprechend einer zweiten Ausführungsform.

In den Fig. 1 und 2 sind zwei Wellenstümpfe mit den Bezugsziffern 10a und 10b und die Wellen-Drehachse mit χ bezeichnet. Eine nabenartige Kupplungshülse, welche die miteinander fluchtend verbundenen Wellenstümpfe 10a, 10b umspannt, trägt die Bezugsziffer 12.

Ein Druckring 13c, welcher einstückig-stoffschlüssig mit einer Kupplungshülse 12 ausgebildet ist, umspannt jeweils einen axialen Teilbereich I bzw. II der durchgehend ausgebildeten Kupplungshülse 12. Jeder zusätzliche Druckring ist mit 14c bezeichnet. Die beiden inneren Stirnflächen der jeweiligen Druckringe 13c, 14c, stoßen im Bereich ihrer kleineren Außendurchmesser aneinander. Der mit dem jeweiligen Druckring 13c korrespondierende Außenring ist mit 16 und der mit dem jeweiligen zusätzlichen Druckring 14c korrespondierende zusätzliche Außenring ist mit 17 bezeichnet. Die jeweiligen Druckringe 13c sind beiderseits einer mit y bezeichneten radialen Mittelebenc dachförmig mit entgegengesetzter Konensteigung zueinander angeordnet.

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Jede konische Außenfläche eines Druckringes ist mit A und jede konische Innenfläche eines Außenringes ist mit I bezeichnet.

Die Neigung der Mantellinien der aneinanderliegenden Konusflächen ist derart bemessen, daß der¹ halbe Spitzenwinkel cL des jeweiligen Konus ein wenig größer ist als der Reibungswinkel von zwei aufeinandergleitenden gut bearbeiteten und geschmierten Metallflächen.

Jeder Außenring 16 besitzt eine einseitig axial vorstehende ringförmige Schulter 19, welche mit ihrer zylindrischen Innenfläche 20 eine Zylindermantel-Innenfläche bildet, die mit einer eine Kolbenfläche bildenden Zylindermantel-Außenfläche 21 des zugeordneten zusätzlichen Außenringes 17 zusammenwirkt.

In Verlängerung der Zylindermantel-Außenfläche 21 trägt der zusätzliche Außenring 17 ein Außengewinde 22, welches mit dem Innengewinde 23 einer Überwurfmutter 24 verschraubt ist. Die Überwurfmutter 24 schlägt mindestens mittelbar gegen die Stirnfläche der ringförmigen Schulter 19 an, wie später noch im einzelnen dargelegt wird.

Zwischen einer radialen Druckfläche 25 jedes zusätzlichen Außenringes 17 und der radialen Druckfläche 26 jedes Außenringes 16 befindet sich ein Druckraum 27, welcher über eine Anschlußbohrung 28 und zwei Kanäle 29, 30 unmittelbar mit Hydraulikflüssigkeit druckbeaufschlagbar ist. Die hydraulisch wirksame Ringdichtung zwischen der Zylindermantel-Innenfläche 20 und der Zylindermantel-Außenfläche 21 ist jeweils mit der Bezugsziffer 31 versehen.

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Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich im grundsätzlichen nicht von der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Grundsätzlich gilt für die Fig. 1 und 2, daß funktionell gleiche oder ähnliche Bauteile mit denselben oder abgewandelten Bezugsbezeichnungen versehen sind.

Der Montagevorgang geschieht entsprechend den Fig. 1 und 2 wie folgt: In die Kupplungshülse 12 der Wellenkupplung, die sich zunächst im unverspannten Zustand befindet, werden die Wellenstümpfe 10a, 10b von beiden Seiten her eingeschoben.

Die jeweiligen Druckringe 13c, 14c sind in noch näher zu beschreibender Weise axial fest miteinander verbunden.

Sodann wird jede Überwurfmutter 24 bis zum Anschlag gegen die Stirnfläche der Ringschulter 19 bzw. gegen ein Zwischenstück 38 verschraubt, wobei sich jeweils die Flächen A und I satt aneinanderlegen. Zur Erzielung einer festen Verschraubung kann sich der Monteur ohne weiteres grober Werkzeuge, wie z.B. eines Hammers ound eines Meißels, bedienen. Schließlich wird eine Hydropumpe über eine nicht dargestellte Druckleitung zunächst an die eine und sodann an die andere Anschlußbohrung 28 angeschlossen und Hydrauliköl oder Hydraulikfett in den Druckraum 27 eingepreßt. Sobald ein vorbestimmter Druck erreicht ist, wird die Überwurfmutter 24 gegen die Stirnfläche der Ringschulter 19 bzw. gegen das Zwischenstück 38 angezogen, nachdem sich die Außenringe 16, 17 relativ zu ihren korrespondierenden Druckringen axial voneinander entfernt haben. Nach Abschaltung des Hydraulikdrucks wird jede Anschlußbohrung 28 mit einem nicht dargestellten Staubstopfen verschlossen. Zur Demontage wird wiederum Druckflüssigkeit in jeden Druckraum 27 eingeführt und dort der Druck derart erhöht, daß die Überwurfmutter 24 von der Ringschulter 19 bzw. vom Zwischenstück 38 v/egg es ch raubt werden kann.

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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind die Druckringe 14c mittels Überwurfmuttern 37 mit dem Hülsenkörper 12 axial fest schraubverbunden, während die Druckringe 14c gemäß Fig. mittels Warmschrumpfung axial unverrückbar auf den Hülsenkörper 12 aufgezogen sind.

Während jede Ringdichtung (O-Ring) 31 gemäß Fig. 1 in die Zylindermantel-Außenfläche 21 des Außenringes 17 einge- I lassen ist, ist der O-Ring 31 gemäß Fig. 2 in die Zylinder= mantel-Innenfläche 20 der ringförmigen Schulter 19 eingelassen. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 erlauben die Zwischenstücke 38 (Druck- bzw. Füllstücke) ein Auswechseln der O-Ringe 31 ohne Demontage der Druckringe 14c.

Eine innere Ringnut 39 ist zur Vermeidung von Kräftekonzentrationen im mittleren Bereich der Bohrung der Hülse vorgesehen. Dies ist dann besonders wichtig, wenn die Wellenstümpfe 10a, 10b auf Biegung beansprucht sind, was beispielsweise bei fliegend angeflanschten Getrieben der Fall ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird die Bohrung innerhalb der Hülse 12 mit der üblichen H-7-Toleranz erst nach Warmaufschrumpfung der Druckringe 14c bearbeitet. Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 2 lassen es auch zu, die Außenmantelfläche des Wellenstumpfes 10b mit der Toleranz g6 und den Wellenstumpf 10a mit der Toleranz j6 zu bearbeiten. Wenn sodann bei der Montage der hydraulische Druck im jeweils links dargestellten Druckraum 27 etwa 50 Bar höher ist als im jeweils rechts dargestellten Druckraum 27, so kann man davon ausgehen, daß bei einer Hemmung zunächst der Wellenstumpf 10b innerhalb der Kupplungshülse 12 rutschen wird. I Als praktisches Anwendungsbeispiel kann in diesem Zusammen- | hang die Verbindung des Wellenstumpfes des Schaufelrades eines Schaufelradbaggers mit dem Wellenstumpf eines Getriebes

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angeführt werden. Es ist selbstverständlich, daß es im Falle einer Hemmung des Schaufelrades einfacher ist, die Getriebewelle (Wellenstumpf 10b) als etwa die Welle 10a des großen Schaufelrades auszuwechseln.

Claims (5)

I · «Ο Dipi.-ing. Harald Ostriga Dipi.-ing. Bernd Sonnet Wuppertal-Barmen Stresemannstraße 6-8 Zugelassen beim Europäischen Patentamt Patentanwälte Oslriga Sl Sonnet, Poslfcch 2013 27, D-56OO Wuppertal 2 0/r Anmelder: Dipl.-Ing. Francois Durand 11 rue du F^+eau 06C00 AKT' C % Frankreich Bezeichnung der Erfindung: Kupplung zur reibschlüssigen Drehverbindung von Maschinen- f teilen, z.B. Nabe und Welle Schutzansprüche:

1. Kupplung zur reibschlüssigen Drehverbindung von Maschinenteilen, wie z.B. einer Nabe und einer Welle, mit mindestens einem eine Außenkonusflache aufweisenden, zur koaxial umgreifenden Aufnahme des zugeordneten Maschinenteils bestimmten Druckring, dessen Außenkonusflache von einer Innenkonusflache eines Außenringes satt überlagert ist, welcher mit einer Zylindermantel-Innenfläche einer Ringschulter einen Ringkolben und einen über eine Zuleitung mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbaren ringförmigen Druckraum umschließt, welcher am Ringkolben axial hydraulisch abstützbar sowie gegen die ansteigende Außenkonusfläche des Druckringes axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Druckring (13c) ein mit diesem koaxialer, jedoch eine entgegengesetzt ansteigende Außenkonusfläche (A) aufweisender, zusätzlicher Druckring (14c) axial fest verbunden ist, auf dessen Außenkonusfläche (A) ein den Kolben bildender zusätzlicher Außenring (17) axial verschiebbar mit seiner Innenkonusflache

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(J) satt anliegt, daß beide Druckringe (13c, 14c) im Bereich ihrer kleinen Konusdruchmesser aneinanderstoßen, daß die Zuleitung (30) für die Hydraulikflüssigkeit unmittelbar im Druckraum (27) mündet, daß der Neigungswinkel (de) jeder Konusfläche geringfügig größer ist als der Reibungswinkel zwischen den jeweils aneinanderliegenden Konusflächen (A,J), daß die axial verspannte Lage der Außenringe (16, 17) mittels einer von einem Außenring (17) gehaltenen, axial verstellbaren Anschlagverschraubung (24) sicherbar ist, wobei zur Drehverbindung zweier miteinander fluchtender Wellenstümpfe (10a, 10b) eine im wesentlichen zylindrische Kupplungshülse (12) vorgesehen ist, welche auf jedem ihrer beiden Teilbereiche (I, II) je zwei Druckringe (13c, 14c) und die auf diesen verspannbaren korrespondierenden Gegenringe (17) trägt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der radialen Mittelebene (y) der Kupplungshülse (12) zwei mit ihren Außenkonusflachen (A) etwa dachförmig zueinander angeordnete Druckringe (13c) vorgesehen sind, an welche sicn jeweils mit entgegensetzt ansteigender Außenkonusflache (A) ein zusätzlicher Druckring (14c) anschließt, welcher unmittelbar oder mittelbar auf der Kupplungshülse (12) befestigt ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiderseits der radialen Mittelebene (y) der Kupplungshülse (12) vorgesehenen etwa dachförmig zueinander angeordneten Druckringe (13c) einstückigstoffschlüssigen Bestandteil der Kupplungshülse (12) bilden.

4. Kupplung nach Anspruch 1 oder nach einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Druckringe (14c) mittels Schrauben (37) an der Kupplungshülse (12) befestigt sind.

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5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Druckringe (14c) durch WarmaufSchrumpfung mit der Kupplungshülse (12) verbunden sind.